大功率LED工作溫度控制的一些技術點

摘要

大功率LED照明設備應用越來越廣泛，大功率LED的發光亮度實際上與它的電流成正比，而大功率LED的正向電流也會隨著溫度的改變而改變。本文簡介了LED結溫原因和LED半導體照明光源散熱方式。

關鍵字：LED照明設備;結溫;散熱

前言

在近幾十年的發展時間里，LED發光效率越來越高、成本則越來越少，顏色也變的越來越豐富。這使得大功率LED作為一種高效、節能、環保、安全的清潔光源在不久的將來大有取代其他照明光源趨勢。然而，大功率LED燈的散熱問題仍然是其在照明領域應用的一大發展瓶頸，是制約其成新一代照明光源的一個重要原因。

有研究數據表明，假設LED芯片結溫為25℃時的發光為100%，那么結溫上升至60℃時，其發光量就只有90%;當結溫達到100℃時就會下降到80%;140℃就只有70%�？梢姼纳粕�熱控制結溫對于提高其發光效率十分重要。大功率LED燈的散熱問題若解決不好，必將使LED燈工作溫度上升，結溫升高，從而導致LED色度點偏移，顯色指數下降，色溫增加，發光效率下降，使用壽命縮短。

大功率LED的發光亮度實際上與它的電流成正比，如果控制住了大功率LED的輸出光通量就等于控制住了它的發光亮度。而大功率LED的正向電流也會隨著溫度的改變而改變，當環境的溫度超過一定值(我們稱為安全溫度)通過LED的正向電流會驟然減小，而在此時如果電流繼續加大，則會造成LED壽命減少。

所以此時，必須做出相應的措施，在球泡燈輸入電流與周圍溫度等因數改變的時候能及時的對大功率LED正向電流做出控制。采用溫度補償的技術，根據環境溫度動態調節輸出電流，實時監視LED的溫度，使得在高溫條件下的大功率LED自動減小其電流，藉由此來使大功率LED燈具更具有安全性。

1.大功率LED照明產品現狀

“芯片-鋁基板-散熱器三層結構模式”均被目前市場上大部分大功率LED照明燈具所采用，即先在鋁基板封裝芯片以形成LED光源模塊，然后再在散熱器上安裝光源模塊，這樣就可以制造成大功率LED照明燈具。目前仍沿用LED早期用于顯示燈和指示燈的方式作為大功率LED的熱管理系統，這種熱管理模式僅限于小功率LED使用。采用三層結構模式的方式制備出來的大功率LED照明，在系統構造方面仍存在許多不合理的地方，例如結構之間有很高的結溫、比較低的散熱效率、更多的接觸熱阻，以致使芯片所釋放出來的熱量不能有效地散出與導出，致使LED照明燈具光衰大、光效低、壽命短，不能滿足照明需求。

由于受結構、成本和功耗等諸多因素的限制，大功率LED照明難以采用主動散熱機制，而只能采用被動式散熱機制，但被動式散熱具有較大的局限性;而且目前LED的能量轉換效率仍不高，約有70%的輸入電能轉換為熱，即使光效再提高1倍也還有40%的能量轉化為熱，也就是說，很難提高到不用考慮散熱的程度。

2.LED照明光源的特性

與傳統日光燈、白熾燈和鹵素燈不一樣，LED半導體照明光源是采用半導體材料制成的，由PN結構成，電子-空穴對通過復合產生可見光，PN結正向導通，反向截止，其中N區對應負極，P區對應正極。LED半導體光源具有發光效率高，響應時間短，體積小，節能等優點。此外，它還具有傳統照明光源所沒有的特性：